基于SCS模型的跨界小流域物质通量估算——以东莞石马河流域为例

为研究无观察资料跨界小流域的降雨-径流过程,物质通量及生态补偿问题,采用SCS(Soil Conservation Service)模型计算东莞石马河流域的月径流量,通过分析不同断面水样化学指标并结合径流量,估算了2012年石马河主要物质通量以及不同行政区污染物贡献百分比.结果表明,石马河流域最大月径流量出现在2008年6月,为9.12×108m3,最小值为8.61×106m3;不同时期的流域水质污染类型差异显著,2012年2月的水样重金属Mn、Zn、Cu和Fe的浓度范围分别为0.38~0.75、0.09~0.49、n.d.~0.09和0.55~9.86mg/L,6和11月则受N和P的污染,TN和TP浓度范围分别为6.66~30.05mg/L和0.05~2.49mg/L;2012年石马河重金属、N和P通量为318.16、12029和203.35t;在3次调查中,行政区对石马河N和P贡献率为惠州(59.78%和45.22%)东莞(35.50%和38.92%)深圳(4.71%和15.86%),重金属平均贡献率的排序为东莞(43.90%)惠州(42.57%)深圳(13.52%).     

降雨产流计算中径流曲线法(SCS模型)局限性的探讨

SCS模型(Soil Conservation Service,水土保持局,简称SCS)是根据美国强烈的地带性气候特征和明显的农业区划所研发的小流域设计洪水模型。由降雨量估算降雨产流的SCS模型被广泛用于应用水文学和环境保护领域中。本文通过阐述SCS模型的起源和发展历史,讨论了该模型使用的基本条件、应用目标以及局限。总结并分析国内外相关研究现状,深入探讨了模型主要参数初损(Ia)和CN值的重要意义及确定方法。     

农田非点源污染研究中的降雨径流关系——SCS法的修正

SCS法是当前被广泛应用于非点源污染研究中降雨径流关系的一种方法，但是由于地理环境的差异，直接将该方法应用在上海郊区时误差较大，因此，笔者根据实测资料对模式的2个系数（前期损失量和径流曲线数）予以修正，并提出相应的模型。     

乐安河流域入鄱阳湖营养盐通量及溯源分析

该文选取鄱阳湖典型入湖河流乐安河为研究对象,构建SWAT模型模拟了流域1990-2020年入湖营养盐通量。基于子流域营养损失状况对入湖TN和TP通量进行溯源分析,确定主要贡献区域和排放源。结果表明,入湖营养盐通量存在明显年际变化,分别在1995年和2011年达到峰值(TN:31.22 Gg;TP:7.75 Gg)和谷值(TN:5.90 Gg;TP:1.62 Gg)。下游区域TN和TP损失强度明显高于中上游区域,其中子流域15、22和23为高损失强度区域。溯源分析发现,流域下游为入湖营养盐主要贡献区域且越靠近流域出口贡献权重越高。河口断面TN和TP主要来源区域均为子流域13、22和27,且耕地和森林为非点源营养损失的主要排放源。     

三峡蓄水前后长江口水域营养盐浓度变化特征和通量估算

根据2003至2007年对长江口大通站附近水域的调查,比较和讨论了三峡工程蓄水前后该水域溶解态营养盐的浓度变化特征:蓄水后NH4+、NO2-浓度的季节分布发生了较大的变化,表现为浓度峰值均出现在2月份,高出其余3个月份约一个数量级,季节分布差异显著,RSD分别为142%和119%.蓄水后,营养盐浓度除了PO43-外均呈明显下降趋势.估算并研究了长江人河口蓄水前后营养盐通量的季节变化、年际变化,并利用月通量序列以及相应的流量序列,拟合出利用已知的月均流量预测进入河口区的月通量的关系函数.     

河流污染物通量估算方法分析(Ⅰ)——时段通量估算方法比较分析

通过对河流时段通量所采用的估算方法的误差比较分析,说明了实测河流断面时段通量中时间平均离散通量的贡献;并讨论了污染源的点源、非点源类型的差别对选择年通量估算方法的影响.通过实例探讨了河流长时间通量估算方法的使用范围,对估算方法的取舍原则进行了分析.      

基于WSN的天目山森林碳通量估算

碳通量估算对了解森林碳循环过程有着重要的意义。在研究森林碳循环时空变异特征时,鉴于精度较高的涡度相关技术并不能得到很好的效果,文章提出了利用无线传感器网络作为监测手段,以生态系统模型模拟森林环境的碳循环过程。对天目山森林净生态系统碳交换量(NEE)、生态系统呼吸量、净初级生产力(GPP)进行估算。经估算分析表明:在测量期间,天目山森林整体上呈碳汇,由于降水原因,仅3月22日为碳源的情况;天目山森林环境NEE在单日间呈U型变化,峰值出现在12-15时之间。夜间为正值,昼间为负值,正负转变时间点为凌晨与傍晚,NEE符号转变时间点呈明显的月变化特征。2个测量地点的NEE相差0.01～1.23μmol/(m~2·s);天目山森林具有良好的固碳能力,其GPP最大值超过了25μmol/(m~2·s),由于测量的时间、地点不同,GPP值也存在较明显差异。     

河流污染物通量估算方法分析(Ⅰ)——时段通量估算方法比较分析

通过对河流时段通量所采用的估算方法的误差比较分析,说明了实测河流断面时段通量中时间平均离散通量的贡献;并讨论了污染源的点源、非点源类型的差别对选择年通量估算方法的影响.通过实例探讨了河流长时间通量估算方法的使用范围,对估算方法的取舍原则进行了分析.     

巢湖西部河口区沉积物氮磷分布特征与原位扩散通量估算

选取巢湖西部重污染入湖河口区,研究表层沉积物氮磷污染特征,并运用Fick定律估算沉积物-水界面氮磷原位扩散通量.结果表明:南淝河、派河、十五里河河口表层沉积物总氮平均含量达到2208.17 mg·kg~(-1),氮形态以有机氮为主,占比达到90%以上.表层沉积物总磷平均含量为704.59 mg·kg~(-1),其中铁铝结合磷、活性有机磷和钙镁结合磷分别占比27%、28%和18%.河口区水体氨氮浓度从上覆水到孔隙水中总体呈上升趋势,沉积物表层(0~5 cm)孔隙水中氨氮平均浓度为25.42 mg·L~(-1),是上覆水中的7倍.沉积物孔隙水中硝氮与正磷酸盐浓度在垂向上随深度的增加呈先上升后降低的趋势,在沉积物-水界面附近达到浓度最高值.3个河口沉积物孔隙水中氮磷营养盐均向上覆水扩散,其中氨氮扩散通量分别为25.87、74.85与18.08 mg·m~(-2)·d~(-1).硝氮与正磷酸盐扩散通量较低,范围分别在1.38~2.78和0.011~0.024 mg·m~(-2)·d~(-1)之间.总体上看,巢湖西部河流入湖河口区表层沉积物氮污染严重,且存在较高的氮磷营养盐释放风险,应是巢湖富营养化控制过程中重点关注的区域.     

SWAT模型水库模块改进及流域氮磷通量模拟

水库在发挥防洪、供水、航运功能的同时,也改变了库区和下游生态环境.现有的流域模型中水库模块相对简单,无法准确评估水库对河流氮、磷通量的影响.针对这一局限性,本研究从蓄泄规则、库区氮磷反应模拟两个方面改进了经典流域模型—SWAT模型的水库模块.以长江二级支流涪江流域为研究对象,模拟了水库建设对逐月流量、泥沙、总氮、总磷过程的影响.结果表明,新模型模拟的逐月流量、泥沙、总氮、总磷的绝对误差百分比从原来的41.1%、33.4%、99.0%、130.5%分别降低到8.6%、23.9%、38.4%、52.9%,在汛期6—9月总磷的平均模拟误差仅为12.1%.新模型合理刻画了梯级水库群的级联效应,提高了梯级水库影响下的河流氮、磷通量模拟能力,为流域水环境管理与水库调度提供了有效工具.     

东莞石马河流域水化学特征时空差异及来源辨析

石马河流域对东江饮用水源地城镇供水具有重要战略意义.为研究石马河水化学特征,分别于2012年2月、6月和11月采集石马河河水水样共39个,分析测定了水体主离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4和HCO-3)及营养盐(PO3-4、NO-3和NH+4)浓度,探讨了水化学组成的时空差异、控制因素并对其来源进行了初步辨析.结果表明,水化学组成的时空差异显著,不同时期的河水TDS及营养盐平均浓度排序为11月2月6月;河水阴离子以HCO-3为主,2月和11月时,河水阳离子以Na++K+为主,为HCO-3-Na+水,6月时则以Ca2+为主,为HCO-3-Ca2+水;营养盐浓度在空间上的差异主要受人类活动导致N、P废水排放影响,3个时期的石马河出水口处(R7)N∶P为18.4,有利于浮游植物的生长,河道出现了富营养化的现象;Gibbs图显示,2月和11月的河水主离子受蒸发岩溶解的影响较为显著,而蒸发岩和碳酸盐岩风化共同控制6月的水化学组分;海盐沉降对石马河河水物质的贡献率较小;部分Na+、Mg2+、Cl-和SO2-4来自化肥的施用和工业废水的排放;NH+4-N、PO3-4-P和NO-3-N主要分别来源于家禽养殖废水和生活废水.     

基于硫酸盐硫同位素的伊洛河流域河水溶解性重金属来源

借助伊洛河河水硫酸盐硫同位素（δ³⁴S_SO4）和溶解性重金属含量水平,研究伊洛河流域不同形式人类活动对河水溶解性重金属的影响.结果表明：伊洛河流域上游干流和支流河水溶解组分受金属矿山开采废水影响较大,洛河河水中溶解性硫酸盐浓度（SO₄^2-）和δ³⁴S_SO4均值分别为（173±108）mg/L和（3.1±2.1）‰（n=8）,河水中Co、Fe、Mn、Ni、Zn、Mo、Cd、Pb和U等含量较高,伊河河水中SO₄^2-和δ³⁴S_SO4均值为（169±89）mg/L和（3.7±1.2）‰（n=6）,河水中Cr、Co、Fe、Ni、Zn、Mo、Cd、W、Hg、Pb和U等含量较高.伊洛河流域下游河水溶解性重金属受生活污水和工业废水影响较大,洛河河水中SO₄^2-和δ³⁴S_SO4均值分别为（121±30）mg/L和（9.4±0.8）‰（n=4）,河水中V、Cr、Ni、As、W和Hg等含量较高,伊河河水中SO₄^2-和δ³⁴S_SO4均值分别为（122±22）mg/L和（10.5±2.4）‰（n=3）,河水中V、U、Ni和As等含量较高.伊洛河流域源头河水溶解性重金属含量低,河水溶解组分来自大气降水,河水δ³⁴S_SO4值范围为（6.7‰~8.2‰）.伊洛河流域河水溶解性重金属含量以及δ³⁴S_SO4值具有一致的空间差异性,δ³⁴S_SO4可以很好地说明河水中溶解性重金属以及硫酸盐来源.     

岷江下游小型集水区3种人工林对降雨重金属含量的影响

为了解人工林对大气污染物质的过滤作用,分析研究了2011年11月10日到2012年3月4日期间7次降雨中,岷江下游 (五通桥段)一个小型集水区中水杉人工林、杉木人工林和巨桉人工林穿透水和树干茎流中的4种重金属 (Cd、Cu、Pb、Zn)含量特征.结果表明,3种人工林大气降雨、穿透水和树干茎流重金属含量呈现一致的规律,按平均值大小排列为:Zn>Pb> Cu >Cd.3种人工林穿透水重金属含量差异不显著,水杉人工林与杉木人工林树干茎流中重金属Cd、Cu和Pb含量存在显著差异.巨桉和水杉人工林对重金属Cd和Zn有较强的过滤作用,杉木林和巨桉林对重金属Cu和Pb的过滤作用较强.Pb在3种人工林中的含量均超过国家《生活饮用水卫生标准》.3种人工林穿透水和树干茎流Cd、Pb和Zn的淋溶系数小于1,为负淋溶,杉木树干茎流Cu的淋溶系数大于1,为正淋溶.大气降雨重金属含量与降雨量之间存在显著的负相关关系,水杉人工林穿透水Cu含量、杉木人工林穿透水Cd和Cu含量、巨桉人工林穿透水和树干茎流Cd和Cu含量与降雨量之间存在显著的负相关关系.     

漓江桂林市区段沉积物重金属环境地球化学特征

以漓江桂袜市区段表层沉积物为研究对象,测定了表层沉积物中CA、As、Cu、Zn、Pb、Cr、Ni、Fe、Mn等14种元素的含量,采用潜在生态风险指数（RI）、相关分析和聚类分析等方法,研究了沉积物中重金属的污染水平、富集规律和可能来源。结果表明Cd污染最为严重,其它元素为轻微生态污染,污染程度为：Cd〉As〉Cu〉Pb...     

沉积物重金属污染评价方法比较——以潭江为例

重金属通常被认为是反映水环境质量的重要指标,而沉积物作为污染物的重要宿体则是水环境的基本组成部分。为对潭江流域沉积物重金属污染状况进行分析和评价,在潭江干流由上游至下游的近河口处共计15个采样点进行表层沉积物采样。对采得样品采用ICP-AES和原子吸收等方法进行测定。根据对15个表层沉积物样品的重金属含量检测后得到的数据,分别采用潜在生态风险评价方法、地累积指数法和沉积物质量控制基准对沉积物重金属污染状况和生态风险进行评价,得出的结果表明:潭江流域表层沉积物中Cd和Pb生态风险很高,Cu在部分采样点风险较高,As的污染风险一般,Cr和Zn的污染风险较低。通过潭江实例比较这3种评价方法,结合潭江实例,得出的结论认为潜在生态风险评价方法考虑较综合但主观性强,地累积法简便但具有局限性,沉积物基准与实践结合紧密但尚无普适基准。因此,对沉积物中重金属的生态风险评价需要用多种方法进行综合比较以减少误差提高准确度。     

岷江下游五通桥段小型集水区大气降水中pH值对重金属含量的影响

为了解岷江下游大气降水中pH值及其重金属含量特征及污染状况,以五通桥段小型集水区为研究对象,分析了年降雨量、降水pH值和降水中的重金属含量季节变化,探讨了pH值与重金属之间的关系,并利用相关分析和聚类分析对大气降水中重金属来源进行了初步解析.结果表明:五通桥集水区年总降雨量为1199.42 mm,pH平均值为5.37,年降雨中42.86%为酸雨,3.57%为重酸性雨,10.71%为碱雨,且夏、春季比秋、冬两季略高.重金属As、Cd、Cu、Pb、Zn平均含量分别为10.33、5.75、14.68、53.15、922.37μg·L-1,其中,As和Cu含量低于地表水环境质量Ⅲ类标准.5种重金属含量在冬季明显高于夏季,春季含量略高于秋季,与大气降水pH值存在显著的负相关关系,在pH为3.8左右时各重金属含量最高,其中,As和Cd在pH 5.5左右、Cu和Pb在pH从5.5到6.0的过程中含量增加,达到次高值.5种重金属在降雨pH值大于7时含量最低.聚类分析结果表明,研究区大气中As、Cd、Cu、Pb、Zn主要来源于燃煤、汽车尾气、工业污染、矿石开采和钢铁生产.     

三岔河沿岸植物铅、镉富集特性的研究

以紫茎泽兰（EupatoriumadenophorumSpreng）、青蒿（HerbaArtemisiaeAnnuae）、三叶鬼针草（Bidenspilosa）、野牡丹（MelastomaAfffine D．Don）、光叶蕨（Knuiwatsukiacuspidata）为例,分别在河边、路边、山上和污水灌溉的旱地4个采样点采取5种植物的根部和茎叶,测量重金属元素Pb、Cd的含量、富集系数和转移系数并分析数据。结果表明,各种植物不同器官在不同环境中对重金属元素Pb、Cd的富集和转移水平各不相同,就平均水平来说三叶鬼针草对重金属Pb、Cd的富集系数较大,转移系数也高,但其对Pb的转移量明显高于Cd的转移量;紫茎泽兰对重金属元素Cd的富集和转移速度相对高于其它4种植物,说明紫茎泽兰对Cd的吸收和转移比较快,可作为受镉污染土壤进行改良的备选植物种。     

高原深水型湖库水体重金属及营养盐耦合关系探究——以乌江构皮滩水库为例

水体富营养化及重金属污染都是严峻的水污染问题,二者可能存在一定的拮抗作用,但关于重金属与营养盐间耦合机理研究相对较少。本文选取乌江高磷背景的构皮滩水库为研究对象,分析2018年1、4、7、10月的支流表层水、库区分层水和下泄水的营养盐、溶解态重金属及相关水化学参数。通过不同组分间的Pearson相关分析及重金属聚类分析,发现As、Ni、Co与Mn可能主要来自于矿山废水,而Zn、Pb、Cd、Cr主要与生活、农业废水排放有关。Fe、DSi可作为指示重金属与营养盐耦合机制的代表元素,Fe用于表征外源及氧化还原条件的贡献,DSi可指示生物作用(包括吸收、分解等)的参与程度。结合DSi/TDN、As/Fe、Zn/As分析,表明该地区重金属及营养盐间的耦合关系主要受径流、硫酸盐还原作用及颗粒态污染物吸附/解吸等综合作用的影响。该研究为重金属及营养盐耦合机制探究提供一定的理论依据,同时对喀斯特深水型湖库复合污染治理具有重要指导意义。     

基于Monte Carlo模拟的河流水质评价——以温瑞塘河为例

基于水质评价的综合污染指数（CWQI）法和水质指标实测含量的统计分析,应用Monte Carlo模拟方法,建立了河流水质评价的Monte Carlo-CWQI耦合模型并进行实例研究.通过建立的耦合模型和温瑞塘河流域14个监测断面2004~2010年的水质监测数据,定量分析各监测断面隶属于不同污染等级的概率水平和各水质指标对水体污染的影响程度.结果表明：温瑞塘河水系水质污染十分严重,勤奋、九山、东水厂、十字河、南白象、灰桥、新桥、米筛桥、仙门、光明、郭溪、瞿溪、西岙和梧田监测断面处于重度污染的概率分别为28.50%,0.55%,92.71%,59.73%,78.85%,39.38%,78.87%,83.09%,65.32%,78.08%,0.00%,0.96%,68.09%,86.06%;处于严重污染的概率分别为71.28%,0.01%,4.33%,39.76%,21.07%,60.59%,4.42%,12.41%,11.02%,21.24%,0.00%,0.02%,1.42%,13.12%.各监测断面总氮（TN）,氨氮（NH₃-N）和溶解氧（DO）的Spearman等级相关系数范围分别是0.41~0.76、0.25~0.63和0.14~0.66,是其他指标的2倍以上,表明影响该地区水质达标的主要因子是TN,NH₃-N和DO.本研究拓宽了河流水质评价的研究视角,能够为流域水环境管理提供丰富的决策依据.